plp-test/TESTPLAN.md

Open-CAS 断电 PLP SSD 数据完整性测试计划

1. 测试目标

本测试计划旨在评估在使用带有电源损耗保护（Power Loss Protection, PLP）的NVMe SSD作为缓存设备的Open-CAS环境中，在断电情况下数据的完整性保护能力。测试将验证不同工作负载和断电场景下，缓存数据的持久性和一致性。

2. 测试环境

2.1 硬件环境

• NVMe SSD: 一块带有PLP功能的企业级NVMe SSD（缓存设备）
• HDD: 一块传统机械硬盘（后端存储设备）
• 服务器: 支持Open-CAS的Linux服务器

2.2 软件环境

• 操作系统: Linux (推荐使用CentOS 7或Ubuntu 18.04以上版本)
• Open-CAS: 最新稳定版本
• 文件系统: ext4

2.3 缓存配置

• 缓存模式: Write-Back（回写模式，这是测试断电数据完整性的关键模式）
• 缓存策略: Default (LRU)
• 清理策略: 默认

3. 测试场景

本测试方案包含以下六个关键测试场景：

3.1 顺序写入测试（Sequential Write Test）

• 测试目的: 验证在顺序写入工作负载下，PLP SSD的数据完整性保护能力
• 测试流程:
  1. 创建Open-CAS缓存实例，使用NVMe SSD作为缓存设备，HDD作为后端存储
  2. 使用顺序写入方式写入固定大小（默认100MB）的数据到缓存
  3. 验证所有数据的正确性
  4. 记录写入性能指标

3.2 随机写入测试（Random Write Test）

• 测试目的: 验证在随机写入工作负载下，PLP SSD的数据完整性保护能力
• 测试流程:
  1. 创建Open-CAS缓存实例
  2. 使用随机写入方式写入固定大小的数据到缓存
  3. 验证所有数据的正确性
  4. 记录写入性能指标

3.3 混合读写测试（Mixed Read-Write Test）

• 测试目的: 验证在混合读写工作负载下，PLP SSD的数据完整性保护能力
• 测试流程:
  1. 创建Open-CAS缓存实例
  2. 执行混合读写操作（70%读，30%写）
  3. 验证所有数据的正确性
  4. 记录读写性能指标

3.4 高并发写入测试（Concurrent Write Test）

• 测试目的: 验证在高并发写入工作负载下，PLP SSD的数据完整性保护能力
• 测试流程:
  1. 创建Open-CAS缓存实例
  2. 使用多个线程并发写入数据
  3. 验证所有数据的正确性
  4. 记录性能指标和并发能力

3.5 断电恢复测试（Power Loss Recovery Test）- 核心测试

• 测试目的: 验证在断电场景下，依靠PLP机制保护数据的能力
• 测试流程:
  1. 创建Open-CAS缓存实例，使用Write-Back模式
  2. 写入一部分数据并通过sync命令确保部分数据已刷新到磁盘
  3. 继续写入数据但不同步，保证有部分数据仍在缓存中
  4. 模拟断电（通过强制终止Open-CAS进程）
  5. 重启系统并恢复缓存
  6. 验证数据完整性，确定数据丢失量
  7. 记录恢复时间和数据丢失率

3.6 长期稳定性测试（Stability Test）

• 测试目的: 验证在长时间运行情况下，系统的稳定性和数据完整性
• 测试流程:
  1. 创建Open-CAS缓存实例
  2. 运行混合读写工作负载持续较长时间（默认60分钟）
  3. 在测试期间随机模拟多次断电
  4. 验证数据完整性和系统稳定性
  5. 记录长期运行性能指标

4. 关键测试指标

4.1 数据完整性指标

• 数据丢失率: 断电后丢失的数据量占总数据量的百分比
• 数据损坏率: 断电后被损坏（内容错误）的数据块数量占总数据块的百分比
• 元数据一致性: 文件系统元数据在断电后是否保持一致

4.2 性能指标

• 写入吞吐量: MB/s，测量数据写入速度
• 读取吞吐量: MB/s，测量数据读取速度
• IOPS: 每秒输入/输出操作数，衡量系统处理小型随机I/O的能力
• 写入延迟: 毫秒，写操作的平均响应时间
• 读取延迟: 毫秒，读操作的平均响应时间

4.3 恢复指标

• 恢复时间: 毫秒，断电后系统恢复正常操作所需时间
• 元数据重建时间: 元数据重建所需时间
• 缓存重建速度: MB/s，缓存重建速度

5. 测试方法与步骤

5.1 测试准备

1. 确保硬件环境符合要求，特别是NVMe SSD具备PLP功能
2. 安装最新版本的Open-CAS
3. 配置系统，创建测试分区
4. 准备测试数据和验证工具

5.2 测试执行

1. 对每个测试场景，执行以下步骤：

   • 重置测试环境，清理缓存
   • 启动相应的测试程序
   • 收集性能数据和日志
   • 验证数据完整性
   • 记录测试结果

2. 特别是对于断电恢复测试：

   • 记录写入时的数据校验和
   • 模拟断电（使用模拟断电工具或强制终止进程）
   • 重启系统并恢复缓存
   • 验证数据与原始校验和
   • 计算数据丢失率和损坏率

5.3 测试频率与持续时间

• 基础性能测试：每种测试执行3次，取平均值
• 断电恢复测试：进行至少10次断电模拟，在不同写入阶段进行断电
• 长期稳定性测试：持续运行至少24小时，期间随机进行断电测试

6. 测试结果评估标准

6.1 数据完整性评估

等级	描述	数据丢失率
优秀	几乎无数据丢失	< 0.01%
良好	极少数据丢失	0.01% ~ 0.1%
一般	有少量数据丢失	0.1% ~ 1%
差	明显数据丢失	> 1%

6.2 性能评估

性能评估将根据实际硬件配置而有所不同，但一般来说：

• 写入吞吐量应达到NVMe设备理论值的70%以上
• 读取吞吐量应达到NVMe设备理论值的80%以上
• 写入延迟应保持在10ms以下
• 恢复时间应在30秒内完成

7. 测试结果报告

测试报告将包含以下内容：

1. 测试环境详细配置
2. 各测试场景的详细结果，包括：
   • 数据完整性指标
   • 性能指标
   • 恢复指标
3. 断电恢复测试的详细分析
4. 测试结论和建议
5. 发现的问题和限制

8. 注意事项

• 确保测试过程中不会影响生产环境
• 在断电测试前备份重要数据
• 记录详细的测试日志，便于问题分析
• 考虑不同文件系统对测试结果的影响
• 确保测试覆盖不同的缓存写入策略（特别是Write-Back vs. Write-Through）
• 考虑温度对SSD性能的影响，记录测试过程中的环境温度

9. 测试工具实现细节

本测试工具采用Go语言实现，包含服务器端和客户端两部分：

1. 服务器端：

   • 管理Open-CAS实例的创建和配置
   • 执行实际的数据写入和验证
   • 模拟断电场景
   • 收集性能指标和数据完整性指标

2. 客户端：

   • 提供用户界面，允许选择测试场景
   • 显示测试进度和结果
   • 生成测试报告

主要的测试模块包括：

• Sequential Write Test: 顺序写入测试模块
• Random Write Test: 随机写入测试模块
• Mixed Read-Write Test: 混合读写测试模块
• Concurrent Write Test: 高并发写入测试模块
• Power Loss Test: 断电恢复测试模块
• Stability Test: 长期稳定性测试模块

每个测试模块实现了共同的接口，包含Setup、Run和Cleanup方法，以确保测试的一致性和可比性。